結構耐震評估與補強設計結果之檢核(下)

楊耀昇1、周維苓2、鍾立來2,3,4、賴勇安2、邱聰智3、賴昱志2

1永安土木技師事務所、2臺大土木系、3國震中心、4成大學土木系

註:前一篇已介紹五項檢核要點,這篇繼續介紹剩餘之六項

六、構件力與位移之關係

結構執行側推分析後,每一類構件之每一類非線性鉸,最少取一樣本,從結構模型中,輸出每一步驟之力 (彎矩、剪力或軸力) 及位移 (或轉角),進而繪其力與位移之關係曲線,並與事先備妥之關係曲線比對 [4],確認與結構模型溝通無誤。結構補強後,其補強構件力與位移之關係,比照檢核。

選取的一樓柱C4(圖4) [5] 為撓曲破壞,故應與撓曲破壞機制之柱剪力位移曲線比較(圖10),由圖10可確認與結構模型溝通無誤。同理,亦由模型中二樓梁B16(圖4),將其兩梁端彎矩於側推過程之彎矩、轉角關係,與理論之梁彎矩比較(圖11、12),確認結果合理。

七、構件之破壞模式

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八、結構之破壞模式

檢視每一步驟整體結構非線性鉸之發展,確認破壞模式之合理性。若為強柱弱梁之破壞模式 (接頭之梁充分發展其彎矩非線性鉸) [6],則接頭之梁彎矩強度的和,應低於柱子;若為弱柱強梁之破壞模式,則因柱於接頭處彎矩分配不均,接頭之柱子彎矩強度的和,可能高於梁,亦可能低於梁[5],工程師可透過分析軟體輸出該接頭之彎矩分配狀況,確認其結果是否合理。觀察在彈性段時是否有軟層性質,若有軟層,則該樓層之勁度應低於其上一樓層[2],若無軟層,則該樓層之勁度會高於其上一樓層。並觀察側推分析的每一步,若出現弱層 (該樓層垂直構件充分發展其非線性鉸) [2],則該樓層之剪力容量需求比,應低於其上一樓層。

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結語

結構耐震評估與補強之難度,不亞於新建結構之耐震設計。評估與補強之結果,攸關結構所有權人及使用者之權益 (生命及財產),執業之工程師不得不慎。執行評估與補強之工程師 (尤其是剛進入此領域者),不應盡信分析程式之結果。分析程式可能沒錯,工程師也可能沒錯,但是,只要雙方之溝通出了問題,即可能釀成大錯。本文從載重、構件及結構,依序檢核,期確認 (補強前後) 評估結果之合理性,供工程師參考,共同維護工程之專業,進而守護結構所有權人及使用者之權益。

參考文獻

1.鍾立來 (2018),「耐震能力詳細評估結果之檢核」,內政部營建署,都市危險及老舊建築物結構安全性能,評估結果查核講習會。https://youtu.be/qD9gXM5OJrY 。

2.內政部營建署 (2011),「建築物耐震設計規範及解說」,100.01.19台內營字第0990810250號令修正部分規定,自中華民國一百年七月一日生效。http://www.cpami.gov.tw/chinese/index.php?option=com_content&view=article&id=10471&Itemid=57

3.中國土木水利工程學會 (2011)。「混凝土工程設計規範之應用 (土木404-100) (下冊)」。混凝土工程委員會,科技圖書。

4.蕭輔沛、鍾立來、葉勇凱、簡文郁、沈文成、邱聰智、周德光、趙宜峰、楊耀昇、涂耀賢、柴駿甫、黃世建、孫啟祥,「校舍結構耐震評估與補強技術手冊(第三版)」,國家地震工程研究中心,報告編號:NCREE-13-023,台北,2013年。

https://www.ncree.org/PublicationProfile.aspx?id=10870 。

5.楊耀昇、周維苓、鍾立來、賴勇安、邱聰智、賴昱志 (2018),「結構耐震評估與補強設計結果之檢核(上)」,臺灣省土木技師公會,技師報,投稿中。

6.內政部營建署 (2017),「混凝土結構設計規範」,內政部91.6.27台內營字第0910084633號令訂定,內政部106.5.31台內營字第1060805829號令修正。http://www.cpami.gov.tw/chinese/index.php?option=com_content&view=article&id=10431&Itemid=57。

7.鍾立來、林聖學、賴昱志、黃國倫、曾建創 (2015),「結構耐震設計:強柱弱梁之檢核」,臺灣省土木技師公會,技師報,第981期。

 

表4 柱撓曲破壞之側向強度與剪力破壞之側向強度比較

Story

Column

剪力破壞Vn(kgf)

撓曲破壞

2Mn/Hc(kgf)

min(Vn,2Mn/Hc)
  (kgf)

破壞模式

STORY1

C1

18656.09

8981.81

8981.81

撓曲

STORY1

C2

19714.92

9908.04

9908.04

撓曲

STORY1

C3

21951.94

11914.90

11914.90

撓曲

STORY1

C4

21085.18

11136.86

11136.86

撓曲

STORY1

C5

19608.43

9813.59

9813.59

撓曲

STORY1

C6

17599.42

8094.52

8094.52

撓曲

STORY1

C7

19191.32

9446.18

9446.18

撓曲

STORY1

C8

19470.89

9691.98

9691.98

撓曲

STORY1

C9

17824.37

8279.61

8279.61

撓曲

STORY2

C1

17311.03

7950.12

7950.12

撓曲

STORY2

C2

17928.13

8458.41

8458.41

撓曲

STORY2

C3

19176.37

9536.30

9536.30

撓曲

STORY2

C4

18723.25

9138.90

9138.90

撓曲

STORY2

C5

17861.8

8402.87

8402.87

撓曲

STORY2

C6

16760.14

7513.30

7513.30

撓曲

STORY2

C7

17616.64

8199.48

8199.48

撓曲

STORY2

C8

17777.19

8332.36

8332.36

撓曲

STORY2

C9

16883.47

7609.61

7609.61

撓曲

一樓垂直構件側力強度

87267.49

 

 

表5 性能點參數檢核

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1124-3-7

圖10 一樓柱C4剪力與層間位移之關係

 

1124-3-8

圖11 二樓梁B16左端彎矩與轉角之關係

 

1124-3-9

圖12 二樓梁B16右端彎矩與轉角之關係

 

1124-3-10

圖13 最大基底剪力之非線性鉸發展

 

1124-3-11

圖14 側推分析之容量曲線

 

1124-3-12

圖15 側推分析經轉換後之容量震譜

 

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